DE102010047157B4

DE102010047157B4 - Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms und Schaltung mit Strombegrenzung eines Laststromes eines Blitzmittels

Info

Publication number: DE102010047157B4
Application number: DE102010047157A
Authority: DE
Inventors: Peter Trattler
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: EP2622941A1; DE102010047157A1; WO2012041985A1; US20130241442A1; US9179520B2

Abstract

Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms eines Blitzmittels, umfassend:
– Bereitstellen einer Versorgungsspannung (Vbat) durch eine Batterie oder durch einen Akkumulator, und
– Einstellen eines Laststroms (I) in Abhängigkeit der Versorgungsspannung (Vbat) zur Stromversorgung des Blitzmittels (LED), indem der Laststrom (I) schrittweise reduziert wird bis die Versorgungsspannung (Vbat) größer als ein Schwellwert (Vlow) ist, wobei das Einstellen des Laststroms (I) in einer Vorblitzphase (1) erfolgt und das Speichern der Laststromsstärke (Imin) des eingestellten Laststroms (I) in einem Register (RAM) erfolgt zum nachfolgenden Auslösen des Blitzmittels (LED) in einer Hauptblitzphase (2) mit der im Register (RAM) gespeicherten Laststromsstärke (Imin).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms eines Blitzmittels. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltung mit Strombegrenzung eines Laststroms eines Blitzmittels.
Mobile Endgeräte wie Handys, Smartphones und PDAs (Personal Digital Assistents) werden in der Regel mit Batterien oder Akkumulatoren betrieben. In Abhängigkeit des Ladezustands der Batterie oder Akkumulators versorgt eine Versorgungsspannung eine Vielzahl von Subsystemen des Geräts, wie beispielsweise die Kommunikationseinheit mit Empfangsteil, die grafische Anzeige und unterschiedliche Netzwerkprozesse. Gerade bei mobilen Endgeräten sind meist jedoch auch Systeme vorhanden, die auch bei reduzierter Leistung oder Batteriespannung betrieben werden können. Zum Beispiel verfügen viele Geräte über eine Kamerafunktion. Für den Einsatz der meist integrierten Kamera bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen sind die Geräte oft mit Blitzen auf Basis von Xenon- oder LED-Leuchtmitteln ausgestattet. Gerade Blitzgeräte auf LED-Basis benötigen in der Regel einen hohen Lade- bzw. Laststrom, der zudem innerhalb kurzer Zeit zur Verfügung gestellt werden muss. Aus diesem Grund kann die Versorgungsspannung temporär oder bei schon geringem Ladezustand unter einen kritischen Schwellwert fallen. Dies wiederum kann zum Abschalten oder Zurücksetzen von Subsystemen führen, was im Grenzfall sogar zu einem Abschalten des gesamten Systems führen kann.
Blitzgeräte an mobilen Endgeräten lassen sich in gewissem Rahmen mit einer reduzierten Leistung betreiben. Dazu wird der Lade- oder Laststrom der Blitzgeräte dynamisch eingestellt und somit an den Ladezustand der Batterie oder Akkumulators angepasst. Insbesondere wird berücksichtigt, welche angeschlossenen Lasten oder Subsysteme gerade vorhanden sind. Gerade diese Maßnahme birgt jedoch eine Schwierigkeit, denn der benötigte Ladestrom ist in der Regel nicht vorhersagbar. Beispielsweise können bestimmte Lasten während des Betriebs des Blitzes hinzugekommen oder abgeschaltet werden. Gerade ein ankommender Anruf oder Textmitteilung ist zum einen unvorhersagbar, hat jedoch einen großen Einfluss auf die nutzbare Versorgunsspannung. Der maximal mögliche Ladestrom hängt zudem von dem äquivalenten Serienwiderstand der Batterie oder Akkumulators, dem so genannten ESR (engl. Equivalent Series Resistance), ab. Dieser ist jedoch im laufenden Betrieb meist nur schwer zu bestimmen und trägt somit zur Unsicherheit bei, den zur Verfügung stehenden Laststrom abzuschätzen. Insbesondere ist der ESR sehr von der Temperatur abhängig.
DE 10 2007 054 253 B3 zeigt ein Verfahren zur Ansteuerung eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements. Die Verfahrensschritte umfassen zunächst ein Umwandeln einer Primärversorgungsspannung aus einer Primärstromversorgung in eine Sekundärausgangsspannung, um dem lichtemittierenden Halbleiterbauelement eine Ausgangsspannung bereitzustellen. Ferner wird zu Beginn einer Hochstromphase des lichtemittierenden Halbleiterbauelements ein Primärversorgungsspannungspegel gemessen und ein Mindestschwellspannungspegel für den Primärversorgungsspannungspegel basierend auf dem gemessenen Primärversorgungsspannungspegel bestimmt. Die Hochstromphase wird zunächst mit dem bestimmten Primärversorgungsspannungspegel begonnen, wobei fortwährend der gemessene Primärversorgungsspannungspegel mit dem Mindestschwellspannungspegel und Steuern verglichen wird. Ein Ausgangsstrom durch das lichtemittierende Halbleiterbauelement wird so gesteuert, dass der gemessene Primärversorgungsspannungspegel nicht unter den Mindestschwellspannungspegel fällt.
In DE 10 2005 030 123 A1 ist eine Stromversorgungsanordnung angegeben, bei der ein Kondensator mit niedrigem Innenwiderstand, insbesondere ein Supercap, über ein Mittel zum Aufladen an einen Eingang und über einen Laststromregler an ein Anschlussmittel für eine elektrische Last angeschlossen ist. Gemeinsam mit einem Rueckführungszweig ist ein Regelkreis für den Laststrom durch die elektrische Last gebildet. Damit ist es möglich, einen Blitzlichtbetrieb in Anwendungen wie Mobil telefonen bei Akkumulatoren mit hohem Innenwiderstand zu ermöglichen, wobei eine hohe Energieausnutzung des Kondensators bei kontrolliertem Entladen mit geregeltem Strom vorgesehen ist.
US 2003/0076051 A1 zeigt ein Modul zum Betreiben einer LED-Taschenlampe. Das Modul ist in der Lage, zwischen einem Konstant-Laststrom-Betrieb und einem Konstant-Batteriespannungs-Betrieb mit reduziertem Laststrom umzuschalten, wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt.
Die US 2010/0213842 A1 zeigt ein mögliches Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms eines Blitzmittels. In dem Verfahren wird zunächst auf Basis einer gemessenen Batterietemperatur mittels eines Prozessors eine Reihe von Spannungen Vmin bestimmt, die einer Reihe von potentiell angelegten aktiven Lasten entspricht. Diese Werte werden in einer Treiberschaltung gespeichert und mittels dieses Treibers zunächst ein Anfangslaststrom zum Auslösen eines Blitzmittels bereitgestellt. Nach Auslösen des Blitzmittels durch den Treiberschaltkreis wird die Batteriespannung gemessen und sofern diese größer als eine der ausgewählten Spannungen ist, veranlasst der Treiber, dass der Laststrom um einen gewissen Betrag reduziert wird, bis die gemessene Batteriespannung größer ist als eine der ausgewählten Spannungswerte Vmin.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms und eine Schaltung mit Strombegrenzung eines Laststroms zur Verfügung zu stellen, die eine verlässlichere Vorhersagbarkeit des Laststroms ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird zunächst eine Versorgungsspannung bereitgestellt.
Zunächst wird in Abhängigkeit der Versorgungsspannung ein Laststrom zur Stromversorgung des Blitzmittels eingestellt. Dabei wird der Laststrom schrittweise reduziert, bis die Versorgungsspannung größer als ein Schwellwert ist.
Das vorgestellte Verfahren erlaubt eine vorteilhafte Strombegrenzung des Laststroms. Insbesondere verfügt der Laststrom über eine hohe Vorhersagbarkeit. Dies wird dadurch möglich, dass der Laststrom in Abhängigkeit der Versorgungsspannung schrittweise reduziert wird. Die Höhe der Versorgungsspannung richtet sich insbesondere nach dem Vorhandensein bestimmter Lasten, die beispielsweise zusammen mit einer Schaltung zum Betreiben des Blitzmittels betrieben werden.
Zudem wird auf diese Weise der Laststrom in weiten Bereichen von den Batteriebedingungen unabhängig. Insbesondere ist es nicht mehr nötig, den internen Widerstand oder ESR der Batterie, der vor allem von der Temperatur abhängig ist, zu bestimmen. Der Schwellwert kann zudem berücksichtigen, dass ausreichende Reserven der Versorgungsspannung vorhanden bleiben, die ein Ausschalten von Subsystemen oder gar des gesamten Systems verhindern.
Erfindungsgemäß erfolgt das Einstellen eines Laststroms in einer Vorblitzphase.
Während der Vorblitzphase wird die verlässlich zur Verfügung stehende Laststromstärke ermittelt. Würden im laufenden weiteren Betrieb bestimmte Lasten wieder abgeschaltet und damit die Versorgungsspannung wieder über den Schwellwert steigen, so wird trotz dessen der Laststrom nicht wieder erhöht, sondern verbleibt auf der eingestellten Laststromstärke. Auf diese Weise wird eine minimale Laststromstärke eingestellt, die auch bei gleichzeitigem Betrieb verschiedener Lasten noch verlässlich mittels des Verfahrens einstellbar bleibt.
Erfindungsgemäß wird die Laststromstärke in einem Register gespeichert, wenn der Laststrom eingestellt ist, und zum nachfolgenden Auslösen des Blitzmittels abgerufen. Das Auslösen des Blitzmittels erfolgt in einer zeitlich folgenden Hauptblitzphase mit der im Register gespeicherten Laststromstärke.
In der Hauptblitzphase kann so das Blitzmittel mit der zuverlässig zur Verfügung stehenden gespeicherten Laststromstärke betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Laststrom vor oder mit Beginn der Vorblitzphase auf eine Startstromstärke eingestellt. Dabei ist die Startstromstärke entweder eine vorher festgelegte maximale Stromstärke oder entspricht einer solchen Stromstärke, bei der die Versorgungsspannung noch größer als der Schwellwert ist. Ausgehend von der eingestellten Startstromstärke wird dann in der Vorblitzphase der Laststrom schrittweise reduziert.
Bei ausreichenden Batterieladebedingungen ist eine Startstromstärke einstellbar, die dem vorher festgelegten maximalen Wert entspricht. Befindet sich der Ladezustand der Batterie jedoch schon auf einem geringen Wert, so lässt sich bei Betrieb des Blitzmittels die vorher festgelegte maximale Stromstärke unter Umständen nicht mehr erreichen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Laststrom dann auf eine Stromstärke eingestellt wird, die die Batteriespannung nicht unnötig belastet.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Blitzmittel mit Beginn der Vorblitzphase mit der eingestellten Startstromstärke ausgelöst.
Während der Vorblitzphase, die beispielsweise auch einer Rote-Augen-Korrektur, Autofokus oder anderen bildtechnischen Anwendungen dient, wird die minimal zur Verfügung stehende Laststromstärke bestimmt. Ausgehend von der eingestellten Startstromstärke wird bevorzugt durch Zuschalten weiterer Lasten die Stromstärke auf die minimal zur Verfügung stehende und verlässlich einstellbare Stromstärke reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform wird in der Vorblitzphase schrittweise wenigstens eine weitere Last an die Versorgungsspannung geschaltet. Der Laststrom wird dann in Abhängigkeit der hinzugeschalteten Last reduziert.
Die wenigstens eine weitere Last stellt beispielsweise jeweils einen weiteren Subprozess dar, der im Endgerät implementiert ist. Dies ist beispielsweise ein Kameraprozessor oder ein Bildsensor, die zusammen mit dem Blitzmittel betrieben werden. Durch Hinzuschalten weiterer Lasten ist es möglich, verlässlich abzuschätzen, welche minimale Laststromstärke im System zur Verfügung steht. So können beispielsweise alle notwendigen Systeme beziehungsweise Lasten in der Vorblitzphase zugeschaltet und deren Stromverbrauch abgeschätzt werden. In der Hauptblitzphase ist es dann bevorzugt vorgesehen, dass die in der Vorblitzphase verwendeten Lasten betrieben werden und weitere Lasten ausgeschlossen sind.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verstärkungsgrad eines anschließbaren Sensors in Abhängigkeit der im Register gespeicherten Laststromstärke eingestellt.
Steht dem Blitzmittel die gespeicherte Laststromstärke in der Vorblitz- und Hauptblitzphase zur Verfügung, so ist dies in der Regel für die Bildaufnahme nicht ausreichend. Um eine gute Ausleuchtung eines Motivs zu erreichen, wird dann der Verstärkungsgrad bevorzugt mittels eines geeigneten Verstärkers an dem Bildsensor eingestellt. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Bildprozessors. Dabei wird berücksichtigt, welche Laststromstärke zur Verfügung steht und wie diese mittels des Blitzmittels zur Belichtung des Motivs beiträgt. Der Verstärkungsgrad berücksichtigt dann noch verbleibende Unterschiede etwa in der mit dem Blitzmittel erreichbaren Helligkeit.
In einer weiteren Ausführungsform wird das schrittweise Reduzieren des Laststroms zum Betreiben einer Prioritätslast in Abhängigkeit eines Steuersignals für eine Zeitdauer des Steuersignals unterbrochen.
Sowohl während der Vorblitzphase wie auch der Hauptblitzphase kann es möglich sein, dass Lasten mit einer vorher eingestellten Priorität betrieben werden müssen. Dies kann beispielsweise durch einen eingehenden Anruf oder eine Textmitteilung notwendig werden. Diese Anwendungen oder Prioritätslasten haben gegenüber der Aufnahme eines Bildes eine vorrangige Priorität. Um zu verhindern, dass beispielsweise durch einen eingehenden Anruf das System einen Stromverbrauch aufweist, der die Batteriespannung unnötig belastet und unter Umständen zum Abschalten von Subsystemen oder des Gesamtsystems führt, wird mittels des Steuersignals die Vorblitzphase oder Hauptblitzphase für die Zeitdauer unterbrochen. Die Zeitdauer entspricht dabei bevorzugt, der Zeit in der das Steuersignal auftritt.
Auf diese Weise ist es vorteilhafterweise möglich, die minimale Laststromstärke weiterhin verlässlich einzustellen und ein zeitweises Abschalten von Subsystemen oder des Gesamtsystems zu verhindern.
In einer weiteren Ausführungsform wird in Abhängigkeit des Steuersignals zunächst eine Zwischenstromstärke gespeichert. Nach Ablauf der Zeitdauer des Steuersignals wird die Zwischenstromstärke wieder eingestellt und das Reduzieren des Laststromes ausgehend von der gespeicherten Zwischenstromstärke fortgesetzt.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird in der Hauptblitzphase das Blitzmittel ausgelöst. Das Blitzmittel wird dabei mit der im Register gespeicherten Laststromstärke betrieben, die während der Hauptblitzphase konstant bleibt. Das Steuersignal kann jedoch auch in der Hauptblitzphase anzeigen, dass eine Prioritätslast betrieben werden soll, und so die Hauptblitzphase unterbrechen.
In einer Ausführungsform einer Schaltung mit Strombegrenzung eines Laststroms eines Blitzmittels, umfasst diese eine steuerbare Stromversorgung, an die eine Versorgungsspannung anschließbar ist. Ferner umfasst die Schaltung einen Vergleicher, dem die Versorgungsspannung zuführbar ist und der eine Vergleichsspannung bereitstellt. Eine Steuereinheit ist mit dem Vergleicher und der steuerbaren Stromversorgung verbunden. Ein Register ist ferner mit der Steuereinheit gekoppelt.
In Abhängigkeit der Versorgungsspannung wird ein Laststrom zur Versorgung des anschließbaren Blitzmittels bereitgestellt. Dazu wird dem Vergleicher zum einen die Versorgungsspannung zugeführt und ein Schwellwert an den Vergleicher angelegt. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der Vergleichsspannung den Laststrom mittels der steuerbaren Stromversorgung zu reduzieren. Das Register speichert eine minimale Laststromstärke. Diese Laststromstärke weist einen Wert auf, mit dem das Blitzmittel noch betrieben werden kann, wenn verschiedene an die Schaltung anschließbare Lasten angeschlossen werden.
Die vorgestellte Schaltung erlaubt es, das Blitzmittel mit einem verlässlich einstellbaren Laststrom zu betreiben. Dieser wird so eingestellt, dass die Versorgungsspannung über dem Schwellwert liegt. Insbesondere verfügt der Laststrom dadurch über eine hohe Vorhersagbarkeit. Die Höhe der Versorgungsspannung hängt davon ab, welche zusätzlichen Lasten zusammen mit der Schaltung betrieben werden. Während einer Vorblitzphase wird die verlässlich zur Verfügung stehende Laststromstärke ermittelt. Würden im laufenden weiteren Betrieb bestimmte Lasten wieder abgeschaltet und damit die Versorgungsspannung wieder über den Schwellwert steigen, so wird trotz dessen der Laststrom nicht wieder erhöht, sondern verbleibt auf der eingestellten Laststromstärke. Auf diese Weise wird eine minimale Laststromstärke eingestellt, die auch bei gleichzeitigem Betrieb verschiedener Lasten noch verlässlich einstellbar bleibt.
Zudem wird auf diese Weise der Laststrom in weiten Bereichen von den Batteriebedingungen unabhängig. Insbesondere ist es nicht mehr nötig, den internen Widerstand oder ESR der Batterie, der vor allem von der Temperatur abhängig ist, zu bestimmen. Der Schwellwert kann zudem berücksichtigen, dass ausreichende Reserven der Versorgungsspannung vorhanden bleiben, die ein Ausschalten von Subsystemen oder gar des gesamten Systems verhindern.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Vergleicher als Komparator ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die steuerbare Stromversorgung als Stromquelle oder Stromsenke ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit mit einem Prozessor verbindbar.
Der Prozessor ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der im Register gespeicherten Laststromstärke einen Verstärkungsgrad eines an dem Prozessor anschließbaren Sensors einzustellen. Alternativ kann das Register in der Steuereinheit oder dem Prozessor implementiert sein. Auf diese Weise kann ein Benutzer der Schaltung entscheiden, ob die Schaltung an sich autark beispielsweise als integrierter Schaltkreis ausgeführt sein soll. Mit Hilfe des Prozessors und einem externen Register hat der Benutzer dann jedoch die Freiheit eine individuelle Programmierung zu wählen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, zum Betreiben einer Prioritätslast die Stromversorgung in Abhängigkeit eines Steuersignals zu steuern. Dazu wird bevorzugt mittels einer Datenleitung das Steuersignal an die Prioritätslast gekoppelt.
Das Steuersignal zeigt der Steuereinheit an, dass eine Prioritätslast betrieben werden soll. Dies kann beispielsweise durch einen eingehenden Anruf oder eine Textmitteilung nötig werden, weil dazu ein Verstärker für Radiofrequenzen, englisch auch RF amolifier genannt, eingeschaltet wird. In der Folge wird auf Basis der zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung ein für die Prioritätslast notwendiger Laststrom bereitgestellt. Die Vorblitzphase wird für die Zeitdauer des Steuersignals unterbrochen.
Nach einer weiteren Ausführungsform speichert und lädt die Steuereinheit eine Zwischenstromstärke in das Register.
Wird die Vorblitzphase mittels des Steuersignals für eine Zeitdauer unterbrochen, ist es von Vorteil zu Beginn des Steuersignals die zu diesem Zeitpunkt eingestellte Laststromstärke als Zwischenstromstärke zu speichern. Nach Abschalten der Prioritätslast oder Ende des Steuersignals kann die Zwischenstromstärke abgerufen und wieder eingestellt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltung einen Spannungswandler auf. Der Spannungswandler koppelt die steuerbare Stromversorgung mit der anschließbaren Versorgungsspannung und ist mit dem Vergleicher verbunden.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Figuren erläutert. Soweit sich Teile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen:
1 eine beispielhafte Schaltung mit Strombegrenzung eines Laststroms nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
2 ein beispielhaftes Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
3 eine beispielhafte Schaltung mit Strombegrenzung und Prioritätslast nach dem vorgeschlagenen Prinzip, und
4 ein beispielhaftes Verfahren zur Strombegrenzung und Betrieb einer Prioritätslast nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit Strombegrenzung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Ein integrierter Schaltkreis IC ist verbunden mit einem Spannungswandler EPC, der ein Blitzmittel LED mit einem Strom I versorgt. Der Spannungswandler EPC ist als Synchronwandler ausgeführt und umfasst dazu eine Induktivität L1, einen ersten und zweiten Schalter S1, S2, sowie erste und zweite Kapazitäten C1, C2. Der Spannungswandler EPC ist zum einen mit einem Knoten N1 und zum anderen mit dem Blitzmittel LED verbunden. Der Spannungswandler EPC kann alternativ auch als Ladungspumpe oder Gleichspannungswandler ausgeführt sein. Auch ist eine Implementierung der Schaltung denkbar, die keinen Spannungswandler erfordert. Grundsätzlich kann jedes Bauelement zum Einsatz kommen, das eine Stromversorgung des Blitzmittels LED erlaubt.
Das Blitzmittel LED wiederum ist mittels einer Stromquelle Iled mit reduzierbarer Stromstärke mit Masse verbunden. Alternativ ist jedoch auch die Verwendung einer auf gleiche Weise steuerbaren Stromsenke denkbar. Das Blitzmittel LED ist bevorzugt eine Leuchtdiode oder ein anderes geeignetes Leuchtmittel, das zum Ausleuchten eines Motivs M bei Aufnahme eines Photos geeignet ist. Die Steuerung der Stromquelle Iled erfolgt mit einer Steuereinheit CTRL. Dazu ist ein erster Eingang eines Komparators COMP mit dem Knoten N1 und somit der Versorgungsspannung Vbat verbunden. Ein zweiter Eingang des Komparators COMP liegt an einer Schwellwertspannung Vlow an. Ein Ausgang des Komparators ist mit der Steuereinheit CTRL verbunden und stellt eine Vergleichsspannung Vcom bereit.
Die Steuereinheit CTRL ist mittels einer Steuerleitung mit einem Prozessor CPU gekoppelt, der wiederum einen Bildsensor CMOS betreibt. Zum Datenaustausch zwischen Prozessor CPU und Bildsensor CMOS sind entsprechende Leitungen vorgesehen. Diese sind in der 1 in Form einer Steuerleitung ISO und einer Datenleitung DATA angedeutet. Der Bildsensor CMOS dient der Aufnahme von Bildinformationswerten eines Motivs M.
Mittels des Knotens N1 sind an den integrierten Schaltkreis IC weitere Verbraucher und Einheiten anschließbar. Dies umfasst etwa zusätzliche Lasten LOAD, eine Batterie BAT mit äquivalentem Widerstand ESR und einen Schaltkreis zur Steuerung der Stromversorgung des integrierten Schaltkreises IC, auch englisch PMIC: Power Management IC. Zusätzliche Lasten LOAD umfassen beispielsweise Subprozesse eines mobilen Endgeräts, die zum Betrieb zusätzliche Versorgungsspannung Vbat erfordern. Dies kann etwa Telekommunikationselektronik sein, wie Empfänger und Netzwerkschnittstellen, die bei ein- oder abgehenden Gesprächen die Batteriespannung VBAT belasten.
In 1 ist zudem ein Register RAM gezeigt. Das Register RAM ist dazu eingerichtet, die an der steuerbaren Stromquelle Iled eingestellten Stromstärken Imin, Iint mittels der Steuereinheit CTRL zu speichern. Dabei ist es alternativ möglich, dass das Register RAM ein Element der Steuereinheit CTRL oder des Prozessors CPU ist. Beide Fälle sind in der 1 eingezeichnet. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, Register RAM sowohl in der Steuereinheit CTRL wie auch im Prozessor CPU vorzusehen. In jedem Fall ist die Steuereinheit CTRL dazu eingerichtet, Stromstärken in das Register RAM zu schreiben und aus diesem abzurufen.
Der Betrieb der Schaltung und insbesondere des integrierten Schaltkreise wird mit Bezug auf 2 ausführlich erläutert. Grundsätzlich überwacht der Komparator COMP die Batteriespannung VBAT an seinem ersten Eingang mit einem Schwellwert Vlow an seinem zweiten Eingang. Auf Basis eines Vergleichs stellt der Komparator COMP an seinem Ausgang eine Vergleichsspannung Vcom bereit. Die Steuereinheit CTRL verarbeitet die Vergleichspannung Vcom. Die Steuereinheit CTRL steuert die Stromquelle so, dass die eingestellte Stromstärke I so lange reduziert wird, bis die Batteriespannung VBAT über dem Schwellwert Vlow zu liegen kommt. Dabei wird die entsprechende Stromstärke mittels der Steuereinheit CTRL stets nur reduziert. Wird beispielsweise eine Last LOAD abgeschaltet und erhöht sich dadurch in der Folge die Batteriespannung VBAT wieder, so wird die Stromstärke I an der Stromquelle Iled nicht wieder auf einen höheren Wert eingestellt.
Die Schaltung nach 1 wird bevorzugt in mobilen Endgeräten, wie Handys, Smartphones, in tragbaren Computer wie Personal Digital Assistents, auch PDA, MP3-Spielern oder ähnlichen Geräten mit eingebauten Kameras Verwendung finden. In diesen Geräten laufen unterschiedliche Prozesse oder Subprozesse parallel zueinander ab. Einem Subprozess kann dabei eine Last LOAD zugeordnet sein, die die Batteriespannung VBAT belastet. Der Betrieb der internen Kamera bzw. des Bildsensors CMOS stellt in diesem Sinne einen Subprozess dar.
2 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur Strombegrenzung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Aufgetragen ist die Batteriespannung VBAT beziehungsweise der Laststrom I gegen die Zeit t. Zu Beginn des Verfahrens steht zunächst eine Batteriespannung VBAT mit einem Wert zur Verfügung, der unter Umständen vom Ladezustand der Batterie und der Temperatur abhängt. In der Grafik in 2 liegt dieser Wert zunächst über dem Schwellwert Vlow. In einer Startphase 11 wird ein Laststrom I auf einen vorher bestimmten Maximalstrom I0 oder einem maximal noch mit der vorhandenen Batteriespannung VBAT möglichen Stromwert Imax eingestellt. Der mögliche einstellbare Stromwert richtet sich dabei danach, ob die Batteriespannung VBAT noch über den Schwellwert Vlow einstellbar ist. Ist der mögliche einstellbare Stromwert Imax erreicht, ist das Blitzmittel LED betriebsbereit.
In einer folgenden Vorblitzphase 1 wird nun der maximal eingestellte Laststrom Imax weiter reduziert. Dazu wird das Blitzmittel LED mit der eingestellten Laststromstärke I ausgelöst. Die Maßgabe während der Vorblitzphase 1 ist dann, die Batteriespannung VBAT auch bei eventuellem Zuschalten weiterer Lasten LOAD stets über dem Schwellwert Vlow zu halten. So kann es, wie in 2 gezeigt, beim Zuschalten einer weiteren Last LOAD, etwa zum Zeitpunkt 12, notwendig sein, den Laststrom I zurückzunehmen, um die Batteriespannung VBAT wieder über den Schwellwert Vlow zu halten. Ein solches sukzessives Einstellen der Laststromstärke I erfolgt schrittweise durch Zuschalten aller benötigten oder von einem Benutzer parallel genutzten Lasten LOAD bis eine minimale Stromstärke IMIN eingestellt ist, die sicherstellt, dass die Batteriespannung VBAT über dem Schwellenwert Vlow verbleibt. Diese minimale Stromstärke Imin wird in dem Register RAM gespeichert und steht für weitere Prozessschritte wie eine Hauptblitzphase 2 zur Verfügung.
In zeitlicher Folge auf die Vorblitzphase 1 wird nun auf Basis des gespeicherten minimalen Stromstärke IMIN eine Anpassung der Verstärkung ISO eines Bildsensors CMOS vorgenommen. Dazu wird beispielsweise der Prozessor CPU veranlasst, eine ISO- oder Gain-Einstellung so vorzunehmen, dass der Bildsensor CMOS ein Motiv M mit der minimalen Stromstärke Imin aufnehmen kann. Ist diese Einstellung durchgeführt, so folgt auf diese Phase die Hauptblitzphase 2. Während der Hauptblitzphase 2 wird dann das Motiv M mittels des Bildsensors CMOS entsprechend der zur minimalen Stromstärke Imin geeigneten ISO-Einstellung belichtet. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Belichtungszeit variiert werden.
Mit der vorgestellten Schaltung nach 1 und dem Verfahren nach 2 zum Betrieb der Schaltung lassen sich mit hoher Zuverlässigkeit Bilder des Motivs M mit dem Bildsensor CMOS erzielen. Von besonderem Vorteil ist es dabei, dass der Betrieb in weiten Grenzen von der Batteriespannung VBAT unabhängig ist. Die minimale Stromstärke Imin wird durch Zuschalten aller parallel zur Aufnahme mittels des Bildsensors CMOS benötigten oder durch den Benutzer betriebenen Subsysteme so weit reduziert, dass sichergestellt ist, dass wenigstens ein Strom entsprechend der minimalen Stromstärke Imin während der Hauptblitzphase 2 zur Verfügung steht. Eine ausreichende Belichtung wird in Abhängigkeit der Verstärkung ISO am Bildsensor CMOS sichergestellt. Auf diese Weise ist der Laststrom gemäß der minimalen Stromstärke Imin konstant während der gesamten Aufnahme und unabhängig von dem äquivalenten Widerstand ESR der Batterieversorgung BAT. Der äquivalente Widerstand ESR kann je nach Ladezustand und Temperatur starken Schwankungen unterliegen. Eine aufwendige Berechnung kann im Betrieb der Schaltung ebenfalls entfallen.
3 zeigt eine beispielhafte Schaltung mit Strombegrenzung zum Betrieb einer Prioritätslast RFPA nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Schaltung nach 3 ist eine weitere Ausführungsform der Schaltung nach 1. Eingezeichnet ist eine Prioritätslast RFPA, die beispielsweise ein Kommunikationsmodul eines Mobilfunktelefons ist. Diese ist dazu beispielsweise an eine Antenne ANT angeschlossen. Die Prioritätslast RFPA wird nach Aktivierung beispielsweise durch einen Benutzer gegenüber einer Blitzaufnahme mit einer höheren Priorität ausgeführt. Dies kann beispielsweise ein Anruf oder der Empfang einer Textmitteilung sein. Die Priorität wird mittels eines Prioritätssignals MASK der Steuereinheit CTRL signalisiert. Dieses Signal MASK veranlasst, für eine gewisse Zeit, bevorzugt während der Nutzung der Prioritätsanwendung, das Einstellen bzw. Reduzieren des Blitzstromes zu unterbrechen, um sicher zu stellen, dass der Prioritätsanwendung genügend Strom zur Verfügung steht.
4 zeigt beispielhaft ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Prioritätsanwendung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Gezeigt ist in analoger Weise wie in 2 die Vorblitzphase 1 und die Hauptblitzphase 2. Zusätzlich zum Einstellen und Reduzieren der Blitzstromstärke I auf einen Minimalwert Imin ist ein Ereignis 13 angedeutet, das dem Einschalten einer Prioritätsanwendung entspricht. Dazu wird zunächst eine Zwischenstromstärke Vint zu Beginn des Ereignisses 13 gespeichert und während des zeitlichen Ablaufes der Prioritätsanwendung die notwendige Stromstärke reduziert, so dass die Batteriespannung VBAT ausreichend der Prioritätsanwendung zur Verfügung steht. Das Prioritätssignal MASK zeigt dabei sowohl den Beginn wie das Ende des Prioritätsereignisses an. Ist dieses abgeschlossen bzw. die Prioritätsanwendung beendet, wird die Blitzstromstärke I wieder auf den gespeicherten Zwischenwert Vint eingestellt und das Einregeln und Einstellen der Blitzstromstärke I, wie im Zusammenhang mit 2 erläutert, fortgesetzt.
Mit Hilfe des Prioritätssignals MASK kann verhindert werden, dass gewisse Subprozesse, wie eine Prioritätsanwendung, zu einem kritischen Spannungswert der Batteriespannung VBAT führen. In den erwähnten mobilen Endgeräten sind in der Regel Sicherheitseinstellungen vorgesehen, die bei kritischen Spannungswerten Teile des Systems oder das gesamte System stoppen und das Gerät ausschalten. Mit Hilfe des Prioritätssignals MASK kann dem vorgebeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorblitzphase
11: Startphase
12: Zeitpunkt, Zuschalten einer Last
13: Zeitdauer
2: Hauptblitzphase
Ant: Antenne
Bat: Batterie
C1: erste Kapazität
C2: zweite Kapazität
CMOS: Bildsensor
COMP: Komparator
CPU: Prozessor
CTRL: Steuereinheit
Data: Datenleitung
EPC: Spannungswandler
ESR: Äquivalenter Serienwiderstand
I: Laststrom
I0: Maximalstrom
IC: Integrierter Schaltkreis
Imax: maximale Startstromstärke
Imin: minimale Laststromstärke
Iled: steuerbare Stromversorgung
ISO: einstellbarer Verstärkungsfaktor
L1: Induktivität
LED: Blitzmittel
LOAD: Last
M: Motiv
N1: Knoten
PMIC: Schaltkreis zur Steuerung der Stromversorgung
RFPA: Prioritätslast
S1: erster Schalter
S2: zweiter Schalter
Vbat: Versorgungsspannung
Vcom: Vergleichsspannung
Vlow: Schwellwert
t: Zeit

Claims

Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms eines Blitzmittels, umfassend: – Bereitstellen einer Versorgungsspannung (Vbat) durch eine Batterie oder durch einen Akkumulator, und – Einstellen eines Laststroms (I) in Abhängigkeit der Versorgungsspannung (Vbat) zur Stromversorgung des Blitzmittels (LED), indem der Laststrom (I) schrittweise reduziert wird bis die Versorgungsspannung (Vbat) größer als ein Schwellwert (Vlow) ist, wobei das Einstellen des Laststroms (I) in einer Vorblitzphase (1) erfolgt und das Speichern der Laststromsstärke (Imin) des eingestellten Laststroms (I) in einem Register (RAM) erfolgt zum nachfolgenden Auslösen des Blitzmittels (LED) in einer Hauptblitzphase (2) mit der im Register (RAM) gespeicherten Laststromsstärke (Imin).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – der Laststrom (I) vor Beginn der Vorblitzphase (1) auf eine Startstromstärke (I0) eingestellt wird, wobei die Startstromstärke (I0) einer vorher festgelegten maximalen Stromstärke (Imax) oder einer Stromstärke entspricht, bei der die Versorgungsspannung (Vbat) noch größer als der Schwellwert (Vlow) ist, und – der Laststrom (I) in der Vorblitzphase (1) ausgehend von der Startstromstärke (I0) schrittweise reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Blitzmittel (LED) mit Beginn der Vorblitzphase (1) mit der Startstromstärke (I0) ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem – in der Vorblitzphase (1) schrittweise wenigstens eine weitere Last (LOAD) an die Versorgungsspannung (Vbat) geschaltet wird, und – der Laststrom (I) in Abhängigkeit der hinzugeschalteten Last (LOAD) reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Verstärkungsgrad (ISO) eines anschließbaren Sensors (CMOS) in Abhängigkeit der im Register (RAM) gespeicherten Laststromsstärke (Imin) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das schrittweise Reduzieren des Laststroms (I) zum Betreiben einer Prioritätslast (RFPA) in Abhängigkeit eines Steuersignals (MASK) für eine Zeitdauer (t) des Steuersignals (MASK) unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem in Abhängigkeit des Steuersignals (MASK) die Schritte erfolgen: – Speichern einer Zwischenstromstärke (Iint) und – Fortsetzen des schrittweisen Reduzierens des Laststroms (I) nach der Zeitdauer (t) ausgehend von der gespeicherten Zwischenstromstärke (Iint).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem während der Hauptblitzphase (2) zum Auslösen des Blitzmittels (LED) die im Register (RAM) gespeicherte Laststromsstärke (Imin) konstant ist, sofern keine Prioritätslast (RFPA) betrieben wird.
Schaltung mit Strombegrenzung eines Laststroms eines Blitzmittels, umfassend: – eine steuerbare Stromversorgung (Iled), der eine Versorgungsspannung (Vbat) einer Batterie oder eines Akkumulators zuführbar ist und die in Abhängigkeit der Versorgungsspannung (Vbat) einen Laststrom (I) zur Versorgung der anschließbaren Last (LED) bereitstellt, – einen Vergleicher (COMP), dem die Versorgungsspannung (Vbat) zuführbar ist und der dazu eingerichtet ist, eine Vergleichsspannung (Vcom) bereitzustellen, die von einem Vergleich der Versorgungsspannung (Vbat) mit einem Schwellwert (Vlow) abhängig ist, – eine Steuereinheit (CTRL), die mit dem Vergleicher (COMP) und der steuerbaren Stromversorgung (Iled) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (CTRL) dazu eingerichtet ist, mittels der steuerbaren Stromversorgung (Iled) in Abhängigkeit der Vergleichsspannung (Vcom) den Laststrom (I) in einer Vorblitzphase (1) zu reduzieren bis die Versorgungsspannung (Vbat) größer als der Schwellwert (Vlow) ist, und – ein Register (RAM) zum Speichern einer Laststromsstärke (Imin) des Laststroms (I), das mit der Steuereinheit (CTRL) gekoppelt ist, wobei die gespeicherte Laststromsstärke (Imin) zum nachfolgenden Auslösen des Blitzmittels (LED) in einer Hauptblitzphase (2) verwendbar ist.
Schaltung nach Anspruch 9, bei der der Vergleicher (COMP) als Komparator ausgeführt ist.
Schaltung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die steuerbare Stromversorgung (Iled) eine Stromquelle oder eine Stromsenke aufweist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der – ein Prozessor (CPU) mit der Steuereinheit (CTRL) verbindbar ist und – der Prozessor (CPU) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der im Register (RAM) gespeicherten Blitzstromsstärke (Imin) einen Verstärkungsgrad (ISO) eines an dem Prozessor (CPU) anschließbaren Sensors (CMOS) einzustellen.
Schaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der die Steuereinheit (CTRL) dazu eingerichtet ist, zum Betreiben einer Prioritätslast (RFPA) in Abhängigkeit eines Steuersignals (MASK) die Stromversorgung (Iled) zu steuern.
Schaltung nach Anspruch 13, bei der die Steuereinheit (CTRL) dazu eingerichtet ist, eine Zwischenstromstärke (Iint) im Register (RAM) zu speichern und die Zwischenstromstärke (Iint) aus dem Register (RAM) zu laden.
Schaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, die einen Spannungswandler (EPC) aufweist, der die steuerbare Stromversorgung (Iled) mit der anschließbaren Versorgungsspannung koppelt und der mit dem Vergleicher (COMP) verbunden ist.